„Arduino“valdomas „Nixie“vamzdžio termometras: 14 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Prieš daugelį metų aš nusipirkau krūvą IN-14 „Nixie“vamzdelių iš Ukrainos ir nuo tada juos gulėjau. Aš visada norėjau juos naudoti pasirinktiniam įrenginiui, todėl nusprendžiau pagaliau imtis šio projekto ir sukurti kažką, kas panaudotų šį beveik senovinį skaitmenų rodymo būdą, tačiau kol kas nenorėjau kurti „Nixie“vamzdžio laikrodžio (maniau, kad buvo šiek tiek klišiškas dalykas ir kol kas man užtenka įmantrių hipsterių laikrodžių projektų), todėl pagalvojau: kodėl gi nepastatius savo kambariui termometro, kurį būtų galima įjungti plojant? Aš suaktyvinau plojimą, kad jis nebūtų įjungtas visą laiką, nes maniau, kad tai yra energijos švaistymas ir nenorėjau, kad jis apšviestų kambarį, ypač naktį.

„Nixie“vamzdelius valdo „Arduino“, kuris taip pat yra atsakingas už temperatūros nuskaitymą iš gerai žinomo DHT-11 temperatūros jutiklio.

Tai sutrumpinta kopija iš mano originalios serijos, išleistos mano svetainėje. Pažvelkite į tai, jei jus domina kiti techniniai straipsniai ir projektai, kurių dar neredagavau „Instructables“.

1 žingsnis: „Nixie“vamzdžiai ir aukšta įtampa

„Nixie“vamzdžiai yra šalto katodo vamzdžiai, užpildyti specifinėmis dujomis. Be to, juose yra bendras anodas (arba katodas) ir atskiri katodai (arba anodai) kiekvienam skaitmeniui ar simboliui, kurį jie gali parodyti (žr. 1.1 pav.).

Mano atveju, vamzdeliai turi bendrą anodą, o skaitmenys yra atskiri katodai. Skirtingai nuo kitų to meto vamzdžių (tranzistorių, diodų ir kt.) Nixie vamzdžių paprastai nereikia šildyti, kad jie tinkamai veiktų (taigi pavadinimas: šalto katodo vamzdis).

Vienintelis dalykas, kurio jiems reikia, yra gana aukšta įtampa, paprastai nuo 150 iki 180 V nuolatinės srovės. Paprastai tai yra pagrindinė problema tvarkant šiuos ekrano įrenginius, nes tai reiškia, kad jums reikės pasirinktinio maitinimo šaltinio arba padidinimo grandinės ir valdiklių, galinčių įjungti ir išjungti katodus nenaudojant per daug GPIO linijų.

2 žingsnis: Nuo 12V iki 170V nuolatinės srovės keitiklis

Pradėkime kažkaip sukurti reikiamą įtampą, kad vamzdžiai švytėtų. Laimei, tipiškam „Nixie“vamzdžiui reikia aukštos įtampos, bet labai mažos srovės, o tai reiškia, kad tokį keitiklį pastatyti yra gana paprasta ir pigu.

Būkite atsargūs naudodami šią grandinę ir apskritai aukštą įtampą. Jie nėra žaislas, o pataikymas geriausiu atveju labai skauda ir blogiausiu atveju gali jus nužudyti! Prieš keisdami/prižiūrėdami grandinę, visada išjunkite maitinimą ir įsitikinkite, kad naudojate tinkamą dėklą, kad niekas netyčia jo neliestų!

Pakopiniam keitikliui naudojau gerai žinomą MC34063 integruotą grandinę. Šis mažas IC sujungia viską, ko reikia bet kokio tipo perjungimo keitikliui. Tačiau, užuot naudojęs integruotą IC tranzistorių, nusprendžiau naudoti išorinį tranzistorių, kuris padėjo išlaikyti IC vėsų ir taip pat leido man išvesti didesnę srovę. Be to, kadangi buvo stebėtinai sunku rasti tinkamas visų šių komponentų vertes, kad galia būtų 170 V, aš atsisakiau po kelių dienų skaičiavimų ir bandymų (didžiausias, kurį gavau nuo 12 V, buvo 100 V) ir nusprendžiau ne išrasti ratas. Vietoj to, aš nusipirkau rinkinį iš „eBay“, kuris beveik atitinka schemą iš šio duomenų lapo su keliais pakeitimais (žr. 2.1 pav. Aš taip pat pridėjau aprašymus prie vaizdo).

3 žingsnis: Vamzdžių valdymas naudojant „Arduino“

Taigi, kaip matėte anksčiau, vamzdžiams įjungti reikalinga aukšta įtampa. „Taigi, kaip galite įjungti ir išjungti vamzdžius naudodami mikrovaldiklį, pvz.,„ Arduino “?

Yra keletas alternatyvių būdų, kuriais galite pasiekti šį tikslą. Pavyzdžiui, specialios „Nixie“vamzdžių tvarkyklės. Jūs vis dar galite įsigyti naujų senų atsargų ir naudotų IC, tačiau juos gali būti sunku rasti, jie gali būti brangūs, ir aš nesitikiu, kad juos bus lengviau rasti ateityje, nes jie nebegaminami.

Taigi aš nenaudosiu tokios „Nixie“vamzdžių tvarkyklės. Vietoj to dešimtainiams dekoderiams naudosiu tranzistorius ir dvejetainius, kad nereikėtų naudoti 10 GPIO linijų viename nixie vamzdyje. Naudojant šiuos dekoderius, man reikės 4 GPIO linijų vienam vamzdžiui ir vienos linijos, kad galėčiau pasirinkti tarp dviejų vamzdžių.

Be to, kad man nereikėtų visą laiką dažnai persijungti tarp vamzdžių, naudoju šlepetes (kurių atstatymui reikės papildomos GPIO linijos), kad paskutinė įvestis būtų išsaugota tiek laiko, kiek reikia (Žiūrėkite 3.1 pav., Spustelėkite čia, jei norite gauti visą didelės raiškos valdymo grandinę).

4 žingsnis: projektavimo aspektai

Kurdamas šią grandinę radau dekoderius su įmontuotais R/S-Flip-Flops, kurie vis dar gaminami (pavyzdžiui, CD4514BM96). Bet, deja, aš negalėjau jų greitai gauti, nes pristatymo laikas buvo dvi savaitės ir aš nenorėjau taip ilgai laukti. Taigi, jei jūsų tikslas yra padaryti nedidelę PCB (arba norite turėti nedidelį skaičių skirtingų IC), tuomet tikrai turėtumėte naudoti tokį lustą, o ne naudoti išorinius „Flip-Flops“.

Taip pat yra apverstų šių dekoderių variantų. Pavyzdžiui, CD4514BM965 yra apverstas aukščiau minėto IC variantas, kai pasirinktas skaičius bus mažas, o ne didelis, o tai nėra tai, ko norime šiuo atveju. Taigi, užsakydami dalis, atkreipkite dėmesį į šią detalę. (Nesijaudinkite: visas dalių sąrašas bus įtrauktas vėliau į šią instrukciją!)

Savo masyvui galite naudoti bet kokio tipo tranzistorius, jei reitingai atitinka jūsų vamzdžių įtampą ir srovę. Taip pat yra prieinami tranzistorių masyvo IC, tačiau vėlgi neradau nė vieno, kuris būtų įvertintas virš 100 V arba būtų greitai prieinamas.

5 žingsnis: tranzistorių masyvas

3 žingsnyje nerodžiau tranzistorių masyvo, kad grafika būtų paprasta ir lengvai suprantama. 5.1 paveiksle išsamiai parodytas trūkstamas tranzistorių masyvas.

Kaip matote, kiekvienas skaitmeninis dekoderio išėjimas yra prijungtas prie npn-tranzistoriaus pagrindo per srovės ribojimo rezistorių. Tai viskas, tikrai paprasta.

Tiesiog įsitikinkite, kad jūsų naudojami tranzistoriai gali valdyti 170 V įtampą ir 25 mA srovę. Norėdami išsiaiškinti, kokia turi būti jūsų bazinio rezistoriaus vertė, naudokite skaičiuoklę, susietą šios instrukcijos pabaigoje, skiltyje „Tolesni skaitymai“.

6 žingsnis: Temperatūros skaitymas

Galbūt jau girdėjote apie kombinuotą temperatūros ir drėgmės jutiklį DHT-11 (arba DHT-22) (žr. 6.1 pav.). Vienintelis skirtumas tarp šio jutiklio ir DHT-22 yra tikslumas ir matavimo diapazonas. 22 turi didesnį diapazoną ir geresnį tikslumą, tačiau kambario temperatūrai matuoti DHT-11 yra daugiau nei pakankamas ir pigesnis, nors jis gali pateikti tik sveikus skaičius.

Jutikliui reikia trijų jungčių: VCC, GND ir vienos linijos nuosekliam ryšiui. Tiesiog prijunkite jį prie įtampos šaltinio ir vieną laidą ryšiui prijunkite prie „Arduino“GPIO kaiščio. Duomenų lape siūloma tarp traukos linijos ir VCC pridėti ištraukiamąjį rezistorių, kad ryšio linija būtų nenaudojama (žr. 6.2 pav.).

Laimei, jau yra DHT-11 biblioteka (ir daugybė gerai dokumentuotų bibliotekų DHT-22), kuri tvarkys ryšį tarp „Arduino“ir temperatūros jutiklio. Taigi šios dalies bandomoji programa yra gana trumpa:

7 veiksmas: užpildykite „Arduino“eskizą

Taigi, atlikus jutiklių rodmenis, paskutinis žingsnis buvo paimti informaciją iš jutiklių ir parodyti temperatūrą naudojant „Nixie“mėgintuvėlius.

Norėdami įjungti tam tikrą skaičių vamzdyje, turite perduoti 4 bitų kodą dekoderiui, kuris įjungs teisingą tranzistorių. Be to, taip pat turite perduoti vieną bitą, nurodantį, kurį iš dviejų vamzdžių norite nustatyti dabar.

Aš nusprendžiau pridėti R/S-fiksatorių priešais kiekvieną dekoderio įvestį. Tiems iš jūsų, kurie nežino, kaip veikia vienas iš šių užraktų, čia yra trumpas paaiškinimas:

Iš esmės tai leidžia saugoti vieną informacijos dalį. Fiksatorius gali būti SET ir RESET (taigi pavadinimas R/S-Latch, dar žinomas kaip S/R-Latch arba R/S-Flip-Flop). Įjungus fiksatoriaus SET įvestį, išėjimas Q nustatomas į 1. Įjungus RESET įvestį, Q tampa 0. Jei abu įėjimai neaktyvūs, išsaugoma ankstesnė Q būsena. Jei abu įėjimai suaktyvinami tuo pačiu metu, turite problemų, nes skląstis yra priverstas nestabiliai, o tai iš esmės reiškia, kad jo elgesys bus nenuspėjamas, todėl venkite šios būsenos bet kokia kaina.

Taigi, norėdami parodyti skaičių 5 pirmame (kairėje) ir skaičių 7 antrame „Nixie“vamzdyje, turite:

• NUSTATYTI visus fiksatorius
• Įjunkite kairįjį vamzdelį (siųskite 0 per EN liniją)
• Nustatykite dekoderio įvestis (D, C, B ir A): 0101
• Nustatykite D, C, B ir A visus į 0, kad būtų išsaugota paskutinė būsena (to nereikia daryti, jei abiejuose vamzdeliuose turėtų būti rodomas tas pats numeris)
• Suaktyvinkite dešinįjį vamzdelį
• Nustatykite dekoderio įvestis (D, C, B ir A): 0111
• Nustatykite D, C, B ir A visus į 0, kad būtų išsaugota paskutinė būsena

Norėdami išjungti vamzdžius, galite perduoti neteisingą vertę (pvz., 10 arba 15). Tada dekoderis išjungs visus išėjimus, todėl niekas iš turimų tranzistorių nebus suaktyvintas ir per Nixie vamzdelį nebus tekama srovė.

Čia galite atsisiųsti visą programinę -aparatinę įrangą

8 žingsnis: PCB apdorojimas

Norėjau viską (išskyrus padidinimo grandinę) sujungti vienoje PCB, kuri, mano nuomone, pasirodė gana gerai (žr. 8.1 pav.).

Pagrindinis mano tikslas buvo, kad PCB dydis būtų kuo mažesnis, tačiau vis tiek suteiktų šiek tiek vietos, kur jį būtų galima pritvirtinti prie korpuso. Taip pat norėjau naudoti SMD komponentus, kad galėčiau patobulinti litavimo techniką ir jie taip pat padėtų išlaikyti ploną PCB, kad pasirinktinis dėklas neturėtų būti didelis ir didelių gabaritų (žr. 8.2 pav.).

Kadangi buvo naudojami SMD komponentai, dauguma jungčių turėjo būti padarytos komponento pusėje. Stengiausi naudoti kuo mažiau vias. Apatiniame sluoksnyje iš tikrųjų yra tik GND, VCC ir +170 V linijos ir kai kurie ryšiai, kuriuos reikėjo atlikti tarp skirtingų to paties IC kaiščių. Tai taip pat yra priežastis, kodėl aš naudoju du DIP-16 IC, o ne jų SMD variantus.

Čia galite atsisiųsti PCB dizaino failus ir EAGLE schemas.

Kadangi tai nedidelis dizainas su labai mažais nuokrypiais ir pėdsakais, buvo svarbu rasti gerą PCB gamintoją, kad jie pasirodytų gražūs ir tinkamai veiktų.

Aš nusprendžiau juos užsisakyti „PCBWay“ir negaliu būti labiau patenkintas man atsiųstu produktu (žr. 8.3 pav.).

Galite gauti tiesioginę savo prototipų citatą internete, nereikalaudami registruotis. Jei nuspręsite užsisakyti: jie taip pat turi šį patogų internetinį keitiklį, kuris konvertuos EAGLE failus į tinkamą „Gerber“formatą. Nors „EAGLE“taip pat turi keitiklį, man labai patinka internetiniai gamintojų keitikliai, nes tokiu būdu galite būti 100% tikri, kad su „Gerber“versija nebus jokių suderinamumo problemų.

9 veiksmas: trikčių šalinimas

Kai pirmą kartą išbandžiau savo šviežiai lituotą PCB, niekas neveikė. Vamzdeliai arba nieko nerodys (dekoderiai pasiekė reikšmę> 9), arba atsitiktiniai skaičiai nuolat liks įjungti arba mirksės ir išsijungs, o tai atrodė gražiai, tačiau šiuo atveju buvo nepageidautina.

Iš pradžių kaltinau programinę įrangą. Taigi aš sugalvojau šį „Nixie“testerį „Arduino“(žr. 9.1 pav.).

Šis scenarijus leidžia įvesti GPIO kaiščio (0–8), kurio būseną norite pakeisti, skaičių. Tada prašo valstybės. Įvedus kaištį 9, fiksatoriai atstatomi.

Taigi aš tęsiau bandymus ir sukūriau tiesos lentelę su visomis įmanomomis A, B, C ir D įvestimis. Pastebėjau, kad skaičių 4, 5, 6 ir 7 negalima rodyti nė vienu iš dviejų vamzdžių. Be to, jie skirtingai reaguotų į tą patį įvesties derinį.

Aš supratau, kad taip pat turi būti elektros problema. Negalėjau rasti jokių techninių problemų projektuojant, bet tada pagalvojau apie tai, ką seniai išmokau (bet nuo to laiko tikrai neturėjau problemų): „Flux“gali būti laidus. Tai gali būti ne problema įprastoms skaitmeninėms ir žemos įtampos programoms, tačiau atrodo, kad tai buvo problema. Taigi aš valiau lentą alkoholiu ir vėliau ji elgėsi tinkamai.

Maždaug. Kitas dalykas, kurį pastebėjau: dalis, kurią naudoju EAGLE kurdama PCB išdėstymą, buvo neteisinga (bent jau mano vamzdžiams). Atrodo, kad mano vamzdeliai turi skirtingą kištuką.

Tik kai kurie dalykai, kuriuos reikia atsiminti, kai grandinė neveikia iš karto.

10 veiksmas: pasirinktinis atvejis

Po to, kai buvo sutvarkyta visa kita, norėjau pastatyti gražų dėklą savo grandinei. Laimei, iš mano žodžio laikrodžio projekto liko daug medienos, kurią norėjau panaudoti tinklui iš vidaus sukurti (žr. 10.1 pav.).

Aš sukūriau korpusą naudodamas šiuos matavimus:

Kiekis	Išmatavimai [mm]	apibūdinimas
6	40 x 125 x 5	Apačioje, viršuje, priekyje ir gale
2	40 x 70 x 5	Mažos šoninės dalys
2	10 x 70 x 10	Konstrukcinės dalys viduje (žr. 8 pav.).
2	10 x 70 x 5	Stiklo dalys ant dangčio (žr. 11 pav.).

Nupjovęs gabalus, juos išdėliojau kartu, kad sukurtume dėžutę, parodytą fig. 10.2.

10.3 paveiksle pavaizduotas atvejis kitu kampu.

Korpuso viršutinė dalis yra visiškai tokia pati kaip ir dugno, tik be sienų ir su mažiau aukštomis konstrukcinėmis dalimis (žr. 10.4 pav.). Jis veikia kaip dangtis ir gali būti nuimtas, kad būtų galima aptarnauti viduje esančius komponentus. PCB bus pritvirtintas prie dangtelio, kai du vamzdeliai išsikiša iš dėklo.

Kai buvau patenkinta, kaip viskas dera, tiesiog suklijavau visas dalis ir palikau kelias valandas išdžiūti.

Jums gali būti įdomu, kaip pritvirtinau PCB prie dangtelio, kai viršuje nėra matomų varžtų. Aš tiesiog išgręžiau skylę varžtui į konstrukcinę dangčio dalį, o paskui padariau įdubimą, kad varžto galvutė įeitų (žr. 10.5 pav.).

11 veiksmas: užbaigimas

Po to, kai pagrindinė PCB buvo pritvirtinta prie dangčio, visus kitus komponentus tiesiog reikėjo įdėti į dėklą, ką galima pamatyti pav. 11.1.

Kaip matote, aš bandžiau kuo geriau sutvarkyti kabelius ir manau, kad tai pasirodė gana gerai. Viskas gražiai telpa į dėklą, kaip matote pav. 11.2.

Aš taip pat pridėjau „DC-Jack“prie dėklo (ir šiek tiek išprotėjau su ten esančiais karštais klijais). Tačiau tokiu būdu termometrą galima maitinti bet kokiu bendru telefono įkrovikliu ir tvirtinimo kabeliu. Tačiau, jei norite, taip pat galite pridėti 5 V bateriją.

12 veiksmas: šiame komponente naudojamos dalys

Dėl elektronikos:

Kiekis	Produktas	Kaina	Išsami informacija
1	DHT-11	4, 19€	Gavau iš brangios parduotuvės. Iš Kinijos juos galite įsigyti už mažiau nei 1 USD.
2	CD4028BM	0, 81€	Dekoderis
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverteris
1	Pinheader	0, 21€	2x5 smeigtukai
1	Sraigtinis gnybtas	0, 35€	2 jungtys
20	SMBTA42	0, 06€	npn-tranzistorius
20	SMD rezistorius	0, 10€	120 tūkst
2	74LS279N	1, 39€	R/S-Flip šlepetės
1	PCB	4, 80€	Užsisakykite čia
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Pakopinis keitiklis	6, 79€

Jums taip pat reikės kažkokio mikrovaldiklio. Aš naudoju „Arduino Pro Micro“.

Bylai:

Kiekis	Produktas	Kaina	Išsami informacija
N. A.	Mediena	~2€	Pažiūrėkite aukščiau
4	M3x16 varžtai	0, 05€
4	M3 riešutai	0, 07€
1 butelis	Medienos klijai	1, 29€
1 skardinė	Mediniai dažai	5, 79€

13 žingsnis: Išvada

Aš tikrai džiaugiuosi šios konstrukcijos rezultatu. Kartą man pavyko tiksliai supjaustyti medienos gabalus ir taip pat nepamiršau apie PCB montavimo skyles. Ir iš tikrųjų jis atrodo nuostabiai (žr. 13.1 pav.).

Be to, apskritai buvo įdomu dirbti su vamzdžiais ir aukšta įtampa, o tai darant reikia atsižvelgti į keletą dalykų.

Baigdamas norėčiau pasakyti, kad gerai, kad šiandien turime patogesnių būdų rodyti skaičius, tačiau, kita vertus, nėra nieko panašaus į „Nixie“vamzdelių švytėjimą ir bendrą išvaizdą, į kuriuos man labai patinka žiūrėti, ypač kai tamsu (žr. 13.2 pav.).

Tikiuosi, kad jums patiko ši pamoka. Jei tai padarėte, būtinai peržiūrėkite mano svetainę, kur rasite įdomesnių straipsnių ir projektų!

14 žingsnis: priskyrimai, šaltiniai ir tolesni skaitymai

Daugiau informacijos apie taikomąją programą - ti.com MC4x063 duomenų lapas - ti.com Nixie vamzdžių tvarkyklės IC - tubehobby.com DHT -11 Arduino biblioteka - arduino.ccA Tranzistorius kaip jungiklis - petervis.com Bazinė rezistorių teorija, formulės ir internetinė skaičiuoklė - petervis.com

Vaizdo šaltiniai [pav. 1.1] IN-14 Nixie mėgintuvėliai, coldwarcreations.com [pav. 2.1] Padidinimo grandinė, savaime ištraukta, bet paimta iš ebay.com [pav. 6.1] DHT-11 temperatūros jutiklis-tinytronics.nl